211service.com
En kunstig hånd med ægte følelse
En ny nervegrænseflade giver en følelse af berøring til en protese. 18. februar 2014
Igor Spetics hånd var i en knytnæve, da den blev klippet af en smedehammer for tre år siden, da han lavede en aluminiumsstråledel på sit arbejde. I flere måneder bagefter mærkede han et fantomlem stadig sammenspændt og dunkende af smerte. Nogle dage føltes det ligesom, da det kom til skade, husker han.
Igor Spetic mistede sin hånd i en arbejdsulykke. Nu er han en af de første mennesker nogensinde til at genvinde realistiske fingerfornemmelser takket være nervegrænseflader (nedenunder) implanteret i armen.
Han fik hurtigt en protese. Men for amputerede som Spetic er disse mere værktøjer end lemmer. Fordi proteserne ikke kan formidle fornemmelser, kan folk, der bærer dem, ikke mærke, hvornår de har tabt eller knust noget. Nu får Spetic, 48, noget af sin fornemmelse tilbage gennem elektroder, der er blevet koblet til resterende nerver i hans arm. Spetic er en af to personer i en tidlig retssag, der fører ham fra hans hjem i Madison, Ohio, til Cleveland Veterans Affairs Medical Center. I et kælderlaboratorium er hans håndprotese rigget til med kraftsensorer, der er sat i 20 ledninger, der rager ud fra hans øverste højre arm. Disse fører til tre kirurgisk implanterede grænseflader, syv millimeter lange, med så mange som otte elektroder stykket indkapslet i en polymer, der omgiver tre hovednerver i Spetics underarm.
Denne historie var en del af vores marts 2014-udgave
- Se resten af problemet
- Abonner
På et bord gør en ubestemmelig hvid kasse med tilpasset elektronik et afgørende stykke arbejde: at oversætte information fra sensorerne på Spetics protese til en række elektriske impulser, som grænsefladerne kan omsætte til fornemmelser. Denne teknologi er 20 år undervejs, siger forsøgets leder, Dustin Tyler, professor i biomedicinsk teknik ved Case Western Reserve University og ekspert i neurale grænseflader.
Til venstre: For at evaluere sin sensoriske feedback tager han blokke op, der holdes til bordet med magneter.
Til højre: Med fornemmelsen genoprettet kan han samle kirsebær op og fjerne stilke 93 procent af tiden uden at knuse, selv med bind for øjnene.
Fra februar havde implantaterne været på plads og klarede sig godt i test i mere end halvandet år. Tylers gruppe, der trækker på mange års neurovidenskabelig forskning i de signalmekanismer, der ligger til grund for sansning, har udviklet et bibliotek af mønstre af elektriske impulser til at sende til armnerverne, varierende i styrke og timing. Spetic siger, at disse forskellige stimulusmønstre producerer distinkte og realistiske følelser i 20 pletter på hans håndprotese og fingre. Fornemmelserne omfatter at trykke på et kugleleje, trykke på spidsen af en kuglepen, børste mod en vatkugle og røre ved sandpapir, siger han. En overraskende bivirkning: På den første testdag, siger Spetic, føltes hans fantomnæve åben, og efter flere måneder var fantomsmerten 95 procent væk.
På denne dag står Spetic over for en simpel udfordring: at se, om han kan mærke en skumblok. Han tager bind for øjnene og støjreducerende hovedtelefoner (for at sikre, at han kun stoler på sin følesans), og så holder en postdoc blokken inde i hans vidtåbnede protesehånd og banker ham på skulderen. Spetic lukker sin protese - en opgave, der er muliggjort af eksisterende kommercielle grænseflader til resterende armmuskler - og rapporterer det øjeblik, han rører blokken: succes.
Selvom resultaterne er lovende, er forskning, der involverer kirurgiske implantater, tidskrævende. Det vil sandsynligvis tage 10 år at gennemføre pilotstudiet, forfine stimuleringsmetoder og lancere fulde kliniske forsøg. Tyler er også ved at færdiggøre udviklingen af en implanterbar elektronisk enhed til at levere stimuli, så den ikke bare er på en bænk i et laboratorium, men kommer ind i hjemmet til sidst, siger han. Og han arbejder sammen med producenter af proteser for at integrere kraftsensorer og kraftbehandlingsteknologi direkte i fremtidige versioner af enhederne.
Til venstre: Kontrolbokse leverer signaler til elektroder, der omgiver nerver i Spetics arm, hvilket frembringer berøringsfornemmelser.
Til højre: Denne enhed kan med tiden blive implanteret i hans arm og erstatter laboratorieudstyr til at levere signaler. Kraftsensorer og behandlingsteknologi kan integreres i fremtidige proteseanordninger.
Nervegrænseflader er implanteret i armen.
Da testene er overstået, og udstyret er afbrudt, slutter Spetics sansebesøg med sin tabte hånd brat. Han siger, at han er velsignet over at kende disse mennesker og være en del af dette. Men han kan ikke lade være med at tænke vemodigt på, hvad fremtiden kan bringe. Det ville være rart at vide, at jeg kan samle en genstand op uden at skulle se på den, eller jeg kan holde min kones hånd og gå ned ad gaden, velvidende at jeg har fat i hende, siger han, mens han tager frakken på og starter hjemme igen. Måske vil alt dette hjælpe den næste person.
Se video: Restoring a Sense of Touch in Amputees